采場(chǎng)頂板活動(dòng)規(guī)律

礦山壓力與巖層控制第三章采場(chǎng)頂板活動(dòng)規(guī)律目錄第一節(jié)幾個(gè)概念第二節(jié)有關(guān)采場(chǎng)上覆巖層“大結(jié)構(gòu)”的假說第三節(jié)直接頂?shù)目迓涞谒墓?jié)老頂?shù)臄嗔研问降谖骞?jié)老頂?shù)某醮螖嗔巡骄嗟诹?jié)老頂斷裂后的“砌體梁”結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定第七節(jié)老頂斷裂時(shí)在巖體內(nèi)引起的擾動(dòng)第一節(jié)幾個(gè)概念回采工作面（采場(chǎng)）頂板底板采空區(qū)在煤層或礦床的開采過程中，直接進(jìn)行采煤或采有用礦物的工作空間直接頂偽頂老頂直接位于煤層上方的一層或幾層性質(zhì)相近的巖層。隨回柱放頂而垮落，頁巖、砂頁巖等位于煤層和直接頂之間，厚度小于0.3～0.5m，隨采隨冒。炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖等。位于直接頂之上，對(duì)采場(chǎng)礦山壓力直接造成影響的厚而堅(jiān)硬的巖層。砂巖、石灰?guī)r及砂礫巖等。序號(hào)巖性層厚/m容重/kg·m-3抗壓強(qiáng)度/MPa1砂質(zhì)泥巖32760182泥巖22760183粗砂巖162670504泥巖52260205炭質(zhì)泥巖0.718501566#煤41400107砂質(zhì)泥巖10276021采空區(qū)處理方法:(a)刀柱(留煤柱);(b)頂板緩慢下沉法;(c)充填法;(d)全部垮落法

根據(jù)實(shí)測(cè)，回采工作面支架所承受的力僅為上覆巖層重量的百分之幾。這是因?yàn)樯细矌r層形成了“大結(jié)構(gòu)”，這種大結(jié)構(gòu)能夠承擔(dān)上覆巖層重量，從而起到對(duì)回采工作面的保護(hù)作用。全部垮落法回采工作空間的變化第二節(jié)有關(guān)采場(chǎng)上覆巖層“大結(jié)構(gòu)”的假說在前后拱腳間形成了一個(gè)減壓區(qū)，回采工作面的支架只承受壓力拱內(nèi)巖石的重量。一、壓力拱假說該假說認(rèn)為，由于巖層自然平衡的結(jié)果而形成一個(gè)前拱腳（支撐點(diǎn)）在工作面前方煤體，后拱腳（支撐點(diǎn)）在采空區(qū)內(nèi)已垮落的矸石上或采空區(qū)充填體上。前拱角后拱角

此假說認(rèn)為，工作面和采空區(qū)頂板可視為一端固定于煤壁前方巖體內(nèi)，另一端處于懸伸狀態(tài)的梁，懸臂梁彎曲下沉后，受到已垮落巖石的支撐，當(dāng)懸伸長(zhǎng)度很大時(shí)，發(fā)生有規(guī)律的周期性折斷，從而引起周期來壓。二、懸臂梁假說

該假說認(rèn)為，工作面支架存在兩種工作狀態(tài)：給定載荷狀態(tài)；給定變形狀態(tài)。三、鉸接巖塊假說

此假說認(rèn)為，采場(chǎng)上覆巖層分為垮落帶和裂隙帶，二者的差別在于，裂隙帶巖塊間存在有規(guī)律的水平擠壓力的聯(lián)系，從而相互鉸合而形成一條多環(huán)節(jié)的鉸鏈。此假師說認(rèn)示為，伙在采溜場(chǎng)周板圍存予在應(yīng)嬸力降株低區(qū)阻，應(yīng)軌力增丘高區(qū)花和采軍動(dòng)影邀響區(qū)婆，并愈隨工籠作面尼推進(jìn)黎而向蓄前移能動(dòng)。脫采動(dòng)才巖體哄形成建各種鵝裂隙稈，從滾而形床成假樂塑性羽梁。四、預(yù)成聞裂隙勞假說“砌體棒梁”齡結(jié)構(gòu)喊是基互于采黑動(dòng)巖磚體移法動(dòng)的槍如下片特征豎而提輩出的勾：五、槽砌體挖梁力給學(xué)模場(chǎng)型采動(dòng)施上覆抱巖層車的巖配體結(jié)找構(gòu)的骨架是覆伯巖中東的堅(jiān)硬尤巖層；可將每上覆輸巖層賢劃分余為若盤干組校，每酷組以堅(jiān)儉硬巖巴層為判底層；其上括部的軟弱夾巖層可視責(zé)為直州接作融用于萄骨架呈上的載荷，同道時(shí)也懼是更垃上層透堅(jiān)硬舌巖層擺與下釀部骨明架聯(lián)結(jié)途的墊此層。隨著泄工作側(cè)面的取推進(jìn)揪，采淡空區(qū)它上方煤堅(jiān)硬疼巖層息在裂蜘縫帶側(cè)內(nèi)將麥斷裂造成排尤列整私齊的孔巖塊抖，巖可塊間參將受水平蹤蝶推力作用后而形成宰鉸接擊關(guān)系。巖層閉移動(dòng)非曲線樂的形漢態(tài)經(jīng)插實(shí)測(cè)炸呈開波始為見下凹寇、而竄后隨屆工作裂面的綠推進(jìn)稍逐漸購(gòu)恢復(fù)扇水平寧狀態(tài)跌的過渡程，稿由此練決定注了斷裂罷巖塊宇間鉸綁接點(diǎn)有的位畜置。若曲饑線下獄凹，眼則鉸謎接點(diǎn)邪位置喉在巖業(yè)塊斷嘩裂面俘的偏裳下部蘆；反土之，聽則在透偏上孫部。如果擴(kuò)在回喚采空面間以略及鄰輝近的默采空駱區(qū)上棕方出勸現(xiàn)明謊顯的梢離層秧區(qū)，擠說明師該區(qū)扇內(nèi)斷優(yōu)裂的鹽巖塊期可以州形成祥懸露廢結(jié)構(gòu)奴。由于非墊層源傳遞夕剪切蠅力的鼠能力約較弱查，因撇而兩買層骨唇架間蟻的聯(lián)菊結(jié)能釋用可房誠(chéng)縮性士支桿躺代替昏。當(dāng)骨販架層先的斷聰裂巖朋塊回膝轉(zhuǎn)恢畢復(fù)到以近水栗平位健置時(shí)崖，巖差塊間丹的剪運(yùn)切力柏趨近爛于零舅，此閥時(shí)的號(hào)鉸接傭關(guān)系督可轉(zhuǎn)奧化為懷水平昂連桿螺聯(lián)結(jié)離關(guān)系捕。最上位層為孩表土妻沖積熱層，壯可將介其視變?yōu)榫啦驾d戲荷作蛙用于客巖體蜻結(jié)構(gòu)纖上，躲而骨犬架層鈴各巖撐塊上鋪的載盆荷將貌隨墊委層的份壓實(shí)捉程度蛛而變鴨化。第三文節(jié)蛛直接由頂?shù)囊揽迓?、直佳接頂港初次洲垮落掠距1、直菊接頂那初次麻垮落3、直險(xiǎn)接頂聞垮落峽后的兵碎脹裙特性形成狡充滿潑采空呈區(qū)所諷需直圣接頂零厚度萬為：直接刷頂?shù)哪昕迓涔酶叨壬醭^1～1.凳5m，范市圍超界過全郵工作仗面長(zhǎng)集度的仆一半據(jù)。直接宵頂?shù)你^第一秀次大獎(jiǎng)面積響垮落老頂跟的最沖大撓晶度為慌：直接統(tǒng)頂?shù)呐炎畲篼湏隙裙鼮椋翰恍吻绯呻x員層的榆條件燭為：若令q1=γh3，且h3＝α·h1則上霞式可川改寫甘為：4、直暗接頂徹初次蛛垮落罰前的戲離層若考饒慮到比初次磁放頂質(zhì)前支何架支內(nèi)撐力償?shù)淖鞑鹩?，兩則不疑致于旱形成億離層假的條進(jìn)件為檔：P—鋪—支架球單位緞面積稼初撐肚力。粗略惡地講鞏，當(dāng)剃直接百頂厚棄度小福于或逗等于眼老頂運(yùn)厚度樓時(shí)，墳均易賤于形耗成直救接頂真與老統(tǒng)頂間鉆離層侄。為賺了防傅止直趙接頂林因離恰層產(chǎn)渠生推僚垮事紫故必朋須保努證支宴架具硬有一劑定的晉初撐毒力：直接純頂和啟老頂必間發(fā)兼生離淹層圖2-樹6利用勢(shì)紅外迷鉆孔客探測(cè)油儀觀霉測(cè)到界的頂邪板離要層裂澇隙切眼拘鉆孔卸位置圖

紅外鉆孔攝像機(jī)一、批老頂岸巖層程的梁昌式平恢衡概念:1．初仆次垮揪落距2．膨逆脹系右數(shù)KP、殘懇余膨釣脹系首數(shù)K'P老頂態(tài)初次來垮落恐前巖貨體結(jié)乳構(gòu)圖第四天節(jié)條老綱頂?shù)哪z斷裂貞形式Δ＝Σh＋M－Kp·Σh＝M－Σh(Kp－1)當(dāng)Δ＝0時(shí)，老頂憑彎曲仗下沉看較小因此哄形成蜓充滿因采空肯區(qū)所是需直尼接頂魚厚度摧為：當(dāng)Δ>0時(shí)，老頂棉呈懸清露狀肆態(tài)，器類似馳板狀攻結(jié)構(gòu)吹。即耗所謂江“梁汗”的郊假說酬。分析綢這種位梁的還應(yīng)力諸狀態(tài)老頂屯巖梁擁受力限分析對(duì)稱釘梁，管所以注：R1＝R2，彎讀矩M1＝M2。取ΣFy＝0，則任意秧截面D－D'，剪巧力為絨：所以:固定味梁任紙意截愿面D－D'的彎斧矩為抽：在梁管的兩臂端(x＝0；Ｌ)，Mma易x＝抬；在梁吸的中轉(zhuǎn)部(x＝)，M＝qL2。若為矛簡(jiǎn)支床梁：此時(shí)連，剪色力相膝同，燭但彎弟矩不蹦同。啞即：此時(shí)撫，Mma貓x在梁然的中掛間，投即：二、謎老頂泄巖層枕作為話板結(jié)訊構(gòu)時(shí)混彎矩格分布騎與破遲斷形咱式根據(jù)襖開采攔條件妙及采舍區(qū)邊葛界煤夫柱的縱大小吳，可娘將老歌頂巖態(tài)層假錄設(shè)為仗：a)四周晨固支暫；b)三邊敢固支菠一邊嘉簡(jiǎn)支吳；c)兩邊垂固支屋兩邊中簡(jiǎn)支遷；d)一邊稿固支料及三旺邊簡(jiǎn)窯支。圖3–玩5老頂獻(xiàn)巖層沾支撐爪條件欺的簡(jiǎn)蠟化圖3–班6各類經(jīng)支撐頑條件姻下的冷彎矩職分布（1）以框四邊橋固支腎的板在為例客，老歉頂巖纏層X形破內(nèi)壞簡(jiǎn)形成膽過程靜：（2）當(dāng)局采場(chǎng)驢處于檔一邊冊(cè)采空浸的條組件下(該邊派作為炎簡(jiǎn)支憤條件)，其耗破斷拐規(guī)律紡與四嗎周固映支時(shí)瞧相近眠。（3）當(dāng)糖老頂搶巖層概處于誦兩邊鞭簡(jiǎn)支駝兩邊說固支帽時(shí)如艷下：長(zhǎng)邊扯出現(xiàn)兇裂縫兄→斧工憂作面晴推進(jìn)他→欺長(zhǎng)梅邊另炕出現(xiàn)傭裂縫(原裂灰縫閉卵合)斗→短邊徑出現(xiàn)羊裂縫瀉→協(xié)裂倚縫貫衰通，娘板中俊央出型現(xiàn)X形破棗壞。（4）當(dāng)圣工作匙面處秘于三考邊采址空時(shí)豆，老續(xù)頂巖潮層的電破斷度過程昂與上飽述情呀?jīng)r相仿仿。老頂故板橫“O-革X”型破殃斷形詳式第五早節(jié)最老頂免的初鐘次斷坊裂步駐距兩端錘固支活梁極銳限跨若距：初次熄斷裂帆步距老頂語達(dá)到辜初次晌斷裂凳時(shí)的盲跨距情。按材腹料力盒學(xué)方裂法可張求得績(jī)老頂攻梁式沉斷裂肯步距鑒。一、烈梁式頌斷裂渠時(shí)的陳極限級(jí)跨距兩端券固支尺梁極壁限跨糕距：按抗樸拉強(qiáng)痕度按抗四剪強(qiáng)貼度兩端講簡(jiǎn)支緊梁極遼限跨置距：按抗葡拉強(qiáng)映度按抗農(nóng)剪強(qiáng)懂度舉例：設(shè)h＝4，Rs=御33每Mpa，RT=7貿(mào)Mpa，q=軋17寫4K拌pa按抗犁拉：按抗族剪：固支議梁真破斷深距為36破m破斷閱距為10數(shù)05文m簡(jiǎn)支美梁格破斷醉距為29毯m老頂化承受孕載荷q計(jì)算二、保老頂鋤板斷忘裂的子極限捕跨距老頂魚初次洋破斷址前板衰的邊欲界支路撐條框件：（1）四呆周均怠為實(shí)方體煤汪固支負(fù)的板賀；（2）一粉邊采擁空區(qū)課或斷挽層簡(jiǎn)濃支、映三邊鬼固支慶的板兵；（3）兩拜鄰邊誓簡(jiǎn)支惰、兩加鄰邊冰固支什的板見；（4）三字邊簡(jiǎn)臂支、朱一邊透固支叫，俗月稱孤齒島工樂作面械條件親下的姨板。老頂卷板斷納裂步艙距與膠邊界唯支撐曲條件液有關(guān)微。a＝lm·ωlm－老頂?shù)牟骄鄿?zhǔn)數(shù)ω－邊－長(zhǎng)系數(shù)對(duì)四爭(zhēng)周固哈支板支撐篇條件柜對(duì)斷未裂步困距影肆響λ＝a傘/津bb－工呆作面鉗長(zhǎng)度ω1≥ω2≥ω3≥ω4>√辭2打/紀(jì)3工作覺面長(zhǎng)芹度對(duì)蔑斷裂告步距健影響以四浮邊固畝支為捉例（1）b>父3lm時(shí)，a≈lm。說堪明工芬作面初長(zhǎng)度可對(duì)破幫斷步白距影衛(wèi)響甚依微。（2）3lm≥泉b>跑√2lm時(shí)，童則lm<a浴<√2lm。說惰明隨與工作杜面長(zhǎng)拐度縮兄短，追步距偉顯著銹增大租。老頂球破斷夾呈橫脅“o－x”型。（3）b＝√2lm時(shí)，茄則a＝√2lm＝b。老頂愿呈正營(yíng)“o－x”破斷常，即賭“見聯(lián)方垮堤落”板。（4）lm<b嘴<√便2lm時(shí)，法則a鏟>√2lm>b。初陡次破毫斷步藍(lán)距大錯(cuò)于工扎作面撈長(zhǎng)度潑，老熔頂呈怖豎“o－x”型破乏斷。（5）b<lm時(shí)，老頂察穩(wěn)定搬不垮擴(kuò)落，悄即形弓成短潑壁開南采工宅作面冠或巷診道的蒜情形宜。第六鼠節(jié)媽老袋頂斷兄裂后寬的“砌體壟梁”結(jié)構(gòu)遼及安其穩(wěn)快定性臂分析一.老頂槍初次求斷裂豪后的“砌體窄梁”平衡1、結(jié)盾構(gòu)的躁滑落矛失穩(wěn)若三愛鉸拱睛式結(jié)篩構(gòu)不層產(chǎn)生棕滑落場(chǎng)失穩(wěn)饒，必渣須滿際足：可見仗是否找產(chǎn)生缺滑落關(guān)失穩(wěn)糾主要閉取決夸于老舒頂破收斷巖呢塊的性高長(zhǎng)揀比。隸高長(zhǎng)糠比越自小，等結(jié)構(gòu)權(quán)抗滑濱落失砌穩(wěn)的盛能力航越大拿。一般疫情況凳下，φ=3碑8°珠~4室5°托，tanφ=0地.8泰~1.0。因私此，壯要防測(cè)止老山頂初受次破斯斷后杏“砌株體梁黑”結(jié)豎構(gòu)產(chǎn)支生滑乞落失泥穩(wěn)巖攔塊的帖高長(zhǎng)錄比要邊小于堂0.體4~哭0.衫5，賀即巖塊顏長(zhǎng)度碼要大樹于2車~2畫.5蓄倍巖襲塊厚描度。若考幼慮老蟲頂斷肯裂面銷與垂繞直面姜成一董斷裂消角θ，滿足喘不滑若落失速穩(wěn)的修條件怕為：染對(duì)于固圖3-墻24蔽(a猾)，當(dāng)θ≥φ時(shí)，抄不論顆水平責(zé)推力T有多慚大，估都不唯能取涉得平率衡。2、結(jié)因構(gòu)的問變形嶺失穩(wěn)在巖寨塊的毒回轉(zhuǎn)吼過程末中，級(jí)由于腔擠壓瞞處局凱部應(yīng)搬力集洲中，交致使甲該處視進(jìn)入蛇塑性舉狀態(tài)勿，甚償至局給部受傲拉而劍使咬壘合處縫破壞踏造成努巖塊惜回轉(zhuǎn)挑進(jìn)一偶步加柔劇，情從而續(xù)導(dǎo)致晶整個(gè)謙結(jié)構(gòu)蝕失穩(wěn)授。二.“砌體海梁”全結(jié)祖構(gòu)模蝦型的扶受力物分析此結(jié)睛構(gòu)的態(tài)特征限為：離層飾區(qū)懸稻露巖瞎塊的訂重量紋幾乎羅全由池前支尊承點(diǎn)顫承擔(dān)娛；巖塊B與C間剪指切力貞接近預(yù)于零滑，因途而此求處相繼當(dāng)于蔥巖塊嶄咬合娛形成封半拱敬的拱陰頂；毯此結(jié)慎構(gòu)的懼最大穩(wěn)剪切須力發(fā)曾生在掙巖塊A與B之間塌，等淋于巖恢塊B本身趟的重卵量及覆其載萬荷；甘此結(jié)變構(gòu)中邁第一厘、二腎斷裂科巖塊墻即B與C對(duì)結(jié)恥構(gòu)平繳衡起部關(guān)鍵紙作用貼，是需結(jié)構(gòu)儉中的用關(guān)鍵氏塊。形成腹“砌房誠(chéng)體梁渣”結(jié)攤構(gòu)必違須具管有的然水平摘力為脂：可見來，hi越厚歸，si0越小栗，則弓形成急此結(jié)逃構(gòu)所屑要求柿的Ti力也稅越小喂。當(dāng)si0=hi時(shí)，Ti→∞。這埋種結(jié)證構(gòu)無帝法形丈成。薦因此題，上耳覆巖煎層中自，只引有具堂有一述定厚婚度的遵巖層(大于纏下沉騰量Si0）才律能形真成此錫結(jié)構(gòu)宜。si0小的侵含義禽反映億了以杰下幾駁種情辟?zèng)r：直接親頂較聾厚；采空喚區(qū)采咽用充謝填法項(xiàng)處理犁；采高芒較小櫻的煤糕層；離開妥煤層壓距離犁較遠(yuǎn)參的巖走層。按滑灘落失碗穩(wěn)條臭件，明得到啄巖塊菜長(zhǎng)度決與厚擱度的饒關(guān)系掛為：根據(jù)臺(tái)對(duì)巖坊體結(jié)馳構(gòu)分決析所必得的托結(jié)論碌，可羞對(duì)以攪下礦千山壓盜力現(xiàn)中象做灑出解潔釋：老頂你巖塊允的滑玻落失卸穩(wěn)是萌工作佛面頂垃板出情現(xiàn)臺(tái)垮階以樂及有險(xiǎn)時(shí)地間表下床沉出載現(xiàn)臺(tái)既階的弟原因濁；煤壁侮上方肚老頂據(jù)剪切粒力最